Linux裝置驅動程式學習（16）－USB 驅動程式（一）

從此文檔開始，核心使用2.6.29.4

很久沒有寫《LDD3》的學習筆記了，趁著做項目的機會，學習一下USB的驅動程式，並寫學習筆記。
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如果剛開始接觸USB，會感覺無從下手，這種感覺就像我第一次接觸嵌入式Linux一樣。所以要對USB的硬體原理、資料轉送和在USB電纜上傳輸的資料格式有一定的瞭解。所以推薦一篇《實用USB術語詳解》。再去CEPARK ( China Electronics Park ) 電子園看完上面的經典教程和基礎知識。看了上面的文章，您會對USB有一定的認識（如果你再寫一個簡單的在51上的USB韌體就更好了），在學習USB的Linux驅動您就會覺得很輕鬆了。
如果您想要更細的知識，你可以去老古開發網下一本《USB結構體系》，有需要的時候翻一下。您也可以買專門介紹USB的書籍。
拓撲結構上, 一個 USB 子系統並不是以匯流排的方式來分布; 它是一棵由幾個點對點連接構成的樹。這些串連是串連裝置和集線器的4線電纜(地, 電源, 和 2 個差分訊號線), 如同乙太網路的雙絞線。USB主控制器負責詢問每個USB裝置是否有資料需要發送。
由於這個拓撲結構，一個 USB 裝置在沒有主控制器要求的情況下不能發送資料. 也就是說：USB是單主方式的實現，主機輪詢各外設。但是裝置也可以要求一個固定的資料傳輸頻寬，以保證可靠的音視頻I/O。USB只作為資料轉送通道，對他所收發的資料格式沒有特殊的內容和結構上的要求，也就是類似於透傳。
Linux核心支援兩種主要類型的USB驅動程式：Host系統上的驅動程式（USB device driver）和device上的驅動程式（USB gadget driver）（裝置端驅動）。
USB驅動程式存在於不同的核心子系統和USB硬體控制器之中。USB核心為USB驅動程式提供了一個用於訪問和控制USB硬體的介面，它隱藏了USB控制器的硬體細節。從這裡我們要知道：《LDD3》所謂的USB驅動是針對USB核心提供的介面而寫的，並不是真正去操縱USB硬體控制器中的寄存器。這樣你必須保證你的板子上CPU的USB硬體控制器的驅動是可用的。否則您就得先搞定CPU的USB硬體控制器的驅動才行。
以下是Linux核心中USB驅動的軟體構架：

    如左所示，從主機側的觀念去看，在Linux驅動中，USB驅動處於最底層的是USB主機控制器硬體，在其之上啟動並執行是USB主機控制器驅動，主機控制器之上為USB核心層，再上層為USB裝置驅動層（插入主機上的隨身碟、滑鼠、USB轉串口等裝置驅動）。因此，在主機側的階層中，要實現的USB驅動包括兩類：USB主機控制器驅動和USB裝置驅動，前者控制插入其中的USB裝置，後者控制USB裝置如何與主機通訊。Linux核心USB核心負責USB驅動管理和協議處理的主要工作。主機控制器驅動和裝置驅動之間的USB核心非常重要，其功能包括：通過定義一些資料結構、宏和功能函數，向上為裝置驅動提供編程介面，向下為USB主機控制器驅動提供編程介面；通過全域變數維護整個系統的USB裝置資訊；完成裝置熱插拔控制、匯流排資料轉送控制等。

    如右所示，Linux核心中USB裝置側驅動程式分為3個層次：UDC驅動程式、Gadget API和Gadget驅動程式。UDC驅動程式直接存取硬體，控制USB裝置和主機間的底層通訊，向上層提供與硬體相關操作的回呼函數。當前Gadget API是UDC驅動程式回呼函數的簡單封裝。Gadget驅動程式具體控制USB裝置功能的實現，使裝置表現出“網路連接”、“印表機”或“USB Mass Storage”等特性，它使用Gadget API控制UDC實現上述功能。Gadget API把下層的UDC驅動程式和上層的Gadget驅動程式隔離開，使得在Linux系統中編寫USB裝置側驅動程式時能夠把功能的實現和底層通訊分離。

以上的圖和文字載自 華清遠見的《Linux裝置驅動開發詳解》

《LDD3》中的USB驅動的介紹分以下幾塊：
－－－－－－－－－－－基礎知識部分－－－－－－－－－－－－－－
（1）USB裝置基礎
        端點
        介面
        配置
（2）USB和sysfs
（3）USB urb
        struct urb
        建立和銷毀urb
           中斷urb
           批量urb
           控制urb
           等時urb
        提交urb
        結束urb：結束回調處理常式
        取消urb
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－驅動編寫部分（一）－－－－－－－－－－－－－－
（4）編寫USB驅動程式
        驅動支援什麼裝置
        註冊USB驅動程式
        探測和斷開的細節
        提交和控制urb
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－驅動編寫部分（二）－－－－－－－－－－－－－－
（5）不使用urb的USB傳輸
        usb_bulk_msg
        usb_control_msg
（6）其他USB資料函數
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
我這份筆記也基本按照這個順序來寫。之後會添加USB gadget的驅動知識。